内容正文:
第一部分 自学篇
思想方法
一 函数与方程思想——巧妙转化,相辅相成
函数思想
方程思想
函数思想是通过建立函数关系或构造函数,运用函数的图象和性质去分析问题、转化问题,从而使问题得到解决的思想
方程思想就是建立方程或方程组,或者构造方程,通过解方程或方程组或者运用方程的性质去分析问题、转化问题,从而使问题得到解决的思想
函数与方程思想在一定的条件下是可以相互转化的,是相辅相成的,函数思想重在对问题进行动态的研究,方程思想则是在动中求静,研究运动中的等量关系
应用1 借助函数解决问题
在方程、不等式、三角函数、平面向量、数列、圆锥曲线等数学问题中,将原有隐含的函数关系凸显出来,从而充分运用函数知识或函数方法使问题顺利获解.
[例1] [2024·天津卷]在边长为1的正方形中,为线段的三等分点,,,则________;为线段上的动点,为中点,则的最小值为__________.
【答案】;
【解析】方法一:因为,即,
则,
可得,,所以.
由题意可知,,,
因为 为线段 上的动点,
设,,
则
,
又因为 为 中点,则,
可得
,
又因为,所以当 时,取到最小值,最小值为.
方法二:以 为坐标原点建立平面直角坐标系,如图所示,则,,,,,,
可得,,,
因为,
则 所以.
因为点 在线段,,上,
设,,
且 为 中点,则,
可得,,
则
,
且,所以当 时,取到最小值,最小值为.
解答此类问题需通过建系或引入变量建立目标函数,运用一次函数、二次函数、不等式、导数等求出最值.
[对点训练].甲、乙两人进行象棋比赛(没有平局),采用“五局三胜”制.已知在每局比赛中,甲获胜的概率为,,则甲以获胜概率的最大值为____________.
【答案】
【解析】甲以 获胜,则前三局中甲要胜两局败一局,第四局甲再获胜,若所求概率用 表示,所以,,则.令,得;令,得.所以 在,上单调递增,在,上单调递减,所以当 时,取得最大值,.
应用2 转换函数解决问题
在有关函数形态和曲线性质或不等式的综合问题、恒成立问题中,经常需要求参数的取值范围,如果按照原有的函数关系很难解题时,不妨转换思维角度,放弃题设的主参限制,挑选合适的主变元,揭示它与其他变元的函数关系,切入问题本质,从而使原问题获解.
[例2] [2024·新课标Ⅱ卷]设函数,.当时,曲线与恰有一个交点.则( )
A. B. C. 1 D. 2
【答案】D
【解析】方法一:令,即,可得,
令,,
原题意等价于当 时,曲线 与 恰有一个交点,
注意到,均为偶函数,可知该交点只能在 轴上,可得,
即,解得.
若,令,可得,因为,则,,当且仅当 时,等号成立,可得,当且仅当 时,等号成立,则方程 有且仅有一个实根0,即曲线 与 恰有一个交点,所以 符合题意.
综上所述,.
方法二:令,,
原题意等价于 有且仅有一个零点,
因为,则 为偶函数,
根据偶函数的对称性可知 的零点只能为0,即,解得.
若,则,,
又因为,,当且仅当 时,等号成立,
可得,当且仅当 时,等号成立,
即 有且仅有一个零点0,所以 符合题意.
方法三:由曲线 与 恰有一个交点知,有且仅有一个根,即,令,,知 是偶函数,故.
挖掘、提炼多变元问题中变元间的相互依存、相互制约的关系,反客为主,主客换位,创设新的函数,并利用新函数的性质创造性地使原问题获解,是解题人思维品质高的表现.
[对点训练].[2024·昆明模拟改编]已知函数,,当时,,则的取值范围为________________.
【答案】
【解析】因为当 时,,
等价于,令,,则 恒成立.
,
当 时,由,
得,,时,
,单调递减,所以当,时,,不符合题意;
当 时,,因为,
所以,则,在 上单调递增,所以,符合题意.
综上所述,的取值范围为.
应用3 构造函数解决问题
在数学各分支的形形色色的问题或综合题中,将非函数问题的条件或结论,通过类比、联想、抽象、概括等手段,构造出某些函数关系,在此基础上利用函数思想和方法使原问题获解,这是利用函数思想解题的更高层次的体现.
[例3] 已知,分别满足,,则______.
【答案】2
【解析】由于,于是,从而,又由于,于是,从而,.则,构造函数,,根据其导函数 得到函数 在 上单调递增,从而 转化为,因此.
构造函数的策略
(1)直接构造:如果关系式的左右形式相当,一边一个变量,取左或取右,构造函数.
(2)变形构造:如果关系式的左右形式稍有差异,可适当变形后得到已知中出现的“两个变量”,然后利用结构相同,构造出一个函数,最后利用函数的性质解题.
[对点训练].
1.设,,,则,,的大小关系为( )
A. B. C. D.
2.已知,则“”是“ ”的( )
A. 充分不必要条件 B. 必要不充分条件
C. 充要条件 D. 既不充分也不必要条件
【答案】1.A
2.C
【解析】
1.选A.因为指数函数,为 上的减函数,所以,.因为幂函数 为 上的增函数,所以,所以.因为对数函数 为 上的减函数,所以,即,所以.
2.选C.构造函数,则 在定义域 上恒成立,所以函数 为增函数,又因为,所以 ,所以,即,即 ,所以 ,即“”能推出“ ”,充分性成立;由 ,可得 ,即,所以,所以 ,即,所以“ ”能推出“”,必要性成立.所以“”是“ ”的充要条件.
应用4 借助方程(组)形式解决问题
把题目中给定的方程根据题意转换形式,凸显其隐含条件,充分发挥其方程性质,运用有关方程的解的定理(如根与系数的关系、判别式、实根分布的充要条件)使原问题获解,这是方程思想应用的又一个方法.
[例4] [2024· 新课标Ⅰ卷]已知,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】由已知条件及三角函数公式,
得
所以,,
故
利用条件建立待求量的方程(组),通过解方程(组)求出有关量,进而达到解题的目的.
[对点训练].
1.[2024·全国甲卷]已知且,则__.
2.设非零向量,,满足,,, ,则的最大值为________.
【答案】1.64
2.
【解析】
1.由题意可知,,整理得,解得 或,又,所以,故.
2.因为,所以,两边平方,得,即,所以,解得,即 的最大值为.
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